JP4375940B2 - Electric field relaxation tape - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧電力ケーブルの接続部分や末端部分において、電界緩和のために用いられるテープに関する。
【0002】
【従来の技術】
高圧電力ケーブルの接続部分や末端部分では、高電界下にさらされると電気ストレスが集中することにより絶縁破壊に至ることがある。この高圧電力ケーブルにおける電気ストレスを緩和するため、電界緩和テープを用いることが知られている。図1は、電気ストレスが集中する高圧電力ケーブルの末端部分の構造の一例を示しており、1は高圧電力ケーブルであり、この高圧電力ケーブル1は、その末端部分の被覆材が順次取り除かれ、外部半導体層2、絶縁層3及びケーブル導体4がそれぞれ露出している。そして外部半導体層2から絶縁層3にわたって、高誘電率の電界緩和テープ5が巻回されている。このような従来の電界緩和テープ及びその組成物は米国特許番号3349164号明細書、特開昭56−13605号、特開平4−77532号、特開平4−180947号、特開平6−25462号、特開平7−157600号の各明細書に開示されている。
【0003】
現在市販されている電界緩和テープ(3M社製2220テープ)は、バッキングにアルミニウムフレークを配合した塩化ビニル樹脂を用い、粘着面にアクリロニトリルゴム製マスチックを用いた2層構造のテープである。しかしながら、このテープは、バッキングに塩化ビニル樹脂を使用しているため、塩素を含有しており、廃棄し燃焼すると、有害ガスが発生したり、またいわゆるダイオキシンの発生源となり得る問題があり、エコ製品としての基準を満たすことができない。また、粘着面がパテ状になっているため、セパレータとテープ側面に剥離紙が必要であるという問題もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ハロゲンや鉛等の環境負荷物質を使用することなく、かつ自己融着性を示すためパテ層を排除することができ、従ってセパレータが不要となり、ゴミの削減を可能とする、環境に優しい電界緩和テープを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明によれば、ニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの混合物であって、ニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの質量比が95/5〜5/95である混合物に、組成物総質量を基準として5〜20wt%のカーボンブラックを配合してなる組成物より、厚み方向の誘電率が10〜50である電界緩和用テープを形成する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の電界緩和テープは、ニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの混合物を主成分とする。ニトリルゴムはアクリロニトリルとブタジエンの共重合体であり、水素添加ニトリルゴムはニトリルゴムを水素化したものである。ニトリルゴム及び水素添加ニトリルゴムは極性基であるCN基を有しているため、耐油性や高誘電率性を発現し、ニトリルゴム及び水素添加ニトリルゴム中の結合アクリロニトリル量が多いほど耐油性や誘電率性は高くなり、一方耐寒性は低下する。従って、使用するニトリルゴム及び水素添加ニトリルゴム中の結合アクリロニトリル量は17〜50%であることが好ましい。
【0007】
ニトリルゴムとしては、ニポール(日本ゼオン社製商品名)、ペルブナンNT(バイエル社製商品名)、ユーロプレンN(エニケム社製商品名)等の通常市販されているものを用いることができる。水素添加ニトリルゴムとしては、ゼットポール(日本ゼオン社製商品名)、テルバン(バイエル社製商品名)等の市販製品を用いることができる。例えば、ゼットポールとしては、超高ニトリルタイプ(Zetpol 0020、結合アクリロニトリル量49.2%)、高ニトリルタイプ(Zetpol 1000L、1010、1020、1410、1420、結合アクリロニトリル量44.2%、44.2%、44.2%、43.2%、43.2%)、中高ニトリルタイプ(Zetpol 2000、2000L、2000LL、2010、2010L、2010H、2011、2020、2020L、2030L、いずれも結合アクリロニトリル量36.2%)、耐寒タイプ(Zetpol 3110、3120、4110、4120、3310、4310、結合アクリロニトリル量24.6%、24.6%、16.7%、16.7%、23.6%、18.6%)等を用いることができる。
【0008】
ニトリルゴムを水素化することにより、ニトリルゴムの耐熱性、耐オゾン性が数段向上しまた引張強度及び耐寒性も向上するため、テープとしたときに低温時においても破断することなく引っ張りながら貼付することができるため、本発明においては水素添加ニトリルゴムを用いることが好ましい。
【0009】
アクリルゴムとしては、ニポールAR(日本ゼオン社製商品名)、ノックスタイト(NOK社製商品名)、AREX(JSR社製商品名)、RV2500(日信化学社製商品名)等の通常市販されているものを用いることができる。エチレンアクリルゴムとしては、ベイマック(三井・デュポンポリケミカル社製製品名)、エスプロンAR(住友化学工業社製製品名)等の通常市販されているものを用いることができる。
【0010】
ニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの混合物中のニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの比率は、質量比で95/5〜5/95、好ましくは70/30である。ニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムが95wt%より多いと組成物の硬さが高くなり、一方5wt%より少ないと逆に組成物が柔らかすぎ、いずれにおいてもテープ製造時のロールシート加工性やテープにしたときの巻き付き性が損なわれる。
【0011】
このニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの混合物に添加されるカーボンブラックとしては、アセチレンブラック等の導電性カーボンブラックのほかに、補強用カーボンブラックとして使用されているファーネスブラック、サーマルブラック等も使用することができる。これらは2種以上の混合物として用いてもよい。このカーボンブラックの配合量は、組成物の総質量を基準として5〜25wt%である。ニトリルゴム等はもともとある程度の誘電率を有しているが、カーボンブラックをニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの混合物に添加することにより、この誘電率を更に高めることができ、またこのカーボンブラックは物性補強剤としても作用し、伸び、引張り強さ等の物性を補強し、テープとするときの加工性、テープとしての強度を向上させることができる。従って、カーボンブラックの配合量が5%未満ではこれらの効果を発揮しがたく、25%より多いと導電性が生じるため好ましくない。カーボンブラックの粒径は特に制限はないが、他の成分との混合性を考慮すると、平均粒径25〜100μmであることが好ましい。
【0012】
ニトリルゴム及び/又は水素添加ニトリルゴムとアクリルゴム及び/又はエチレンアクリルゴムの混合物には、カーボンブラックに加えて、小板状導電性粒子を添加することが好ましい。この小板状導電性粒子は、組成物に容易にかつ均一に分散するのに十分な細かさであり、かつゴムを加硫した場合にガスを発生することなく、さらに得られるテープの物性を損なわないものであり、好ましくは金属薄片であり、より好ましくはアルミニウムフレークもしくは銅フレークである。この小板状導電性粒子を添加することにより、得られるテープの電気的衝撃に対する耐性(耐インパルス性能)を高めることができる。この小板状導電性粒子の配合量は1.0〜3.5wt%であることが好ましい。またこの小板状導電性粒子の平均粒径は25〜30μmであることが好ましい。
【0013】
上記成分に加えて、加工助剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、着色剤、無機充填材等をさらに添加してもよい。
【0014】
本発明の電界緩和用テープの製造にあたっては、上記の成分を混合して得られた組成物を通常の成形法、例えばカレンダーロール又は押出成形により、厚さ0.6〜1.2mmのテープ状に成形し、ロール状に巻き取られる。
【0015】
以上のようにして得られる本発明の電界緩和テープは、良好な機械特性、耐熱性及び自己融着性を有しており、さらに10〜50の厚み方向の誘電率を備えている。この誘電率はJIS K 6911に準じて測定される値であり、このような高い誘電率を備えていることにより、図1に示すように、外部半導体層2、絶縁層3及びケーブル導体4がそれぞれ露出している高圧電力ケーブル1の末端部分に、外部半導体層2から絶縁層3にわたって電界緩和テープ5を巻回することにより、優れた電界緩和効果を発揮し、絶縁破壊を防ぐことができる。また、本発明の電界緩和テープは、製造後のロール状に巻かれた状態ではテープ同士は融着しないが、元のテープ巾から2/3程度のテープ巾となるように引張りながら電力ケーブルに巻きつけ、時間がたつとテープ同士が融着し、ケーブルと一体化してテープの状態では剥がすことができなくなるという自己融着性を示す。
【0016】
【実施例】
以下の表1に示す組成にて、水素添加ニトリルゴム(ゼットポール2000L、日本ゼオン製)とエチレンアクリルゴム(ベイマックDLC、三井デュポン製)の混合物又はニトリルゴム(ニポールDN206、日本ゼオン製)とアクリルゴム(ニポールAR31、日本ゼオン製)の混合物に、加工助剤(アーミン18D、ライオン製)、可塑剤(アデカサイザーRS700、アデカ製)、無機充填材(タルク)、難燃剤(ハイジライトH42M、昭和電工製)及びカーボンブラック(シースト300、東海カーボン製)を添加し、得られた組成物をカレンダーロールすることによって厚さ1.0mm、幅20mmのテープを得た(サンプル1〜7)。これらのサンプルについてJIS K 6911に準じて厚さ方向の誘電率を測定し、また低温性として−3℃に24時間放置後の硬さ変化を観察した。さらに、このテープのロール加工性及び被着体への巻き易さを評価した。これらの結果を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
表1に示す結果より、いずれのサンプルにおいても誘電率は誘電緩和テープとして使用可能なレベルであったが、ニトリルゴムもしくは水素添加ニトリルゴム単独又はアクリルゴムもしくはエチレンアクリルゴム単独のテープ(サンプル1、5、6及び7)においては加工性に劣り、テープ形成が困難であり、またテープを形成したとしても被着体に巻きつける場合に簡単にのびきってしまい、幅が不均一となりテープとしては使用できなかった。
【0019】
次に、得られるテープの誘電率とカーボンブラックの配合量の関係を調べるため、表2に示すように、カーボンブラックの配合量を変え、上記と同じ材料及び方法を用いてテープを製造した(サンプル8〜11)。
【0020】
【表2】
【0021】
表2に示す結果より、カーボンブラックの配合量を増減することによって、得られるテープの誘電率を10〜50に調整することができる。
【0022】
水素添加ニトリルゴム中の結合アクリロニトリル量の違いが誘電率に与える影響を調べるため(サンプル12及び13)、及びアルミニウムフレークの添加の影響を調べるため(サンプル14)、以下の表3に示す組成にて上記と同様にしてテープを製造し、誘電率を測定した。この結果を表3に示す。
【0023】
【表3】
【0024】
表3に示す結果より、結合アクリロニトリル量の増加に伴い、テープの誘電率も大きくなることがわかった。
【0025】
上記サンプル12、13及び14について、実際のケーブル(6.6kV CVT EEケーブル38mm2)の両端に図1に示すように1/2重ねで1往復巻きつけ、JCAA(日本電力ケーブル接続技術協会)A301規格に準拠した方法で電気性能を確認した。この結果を表4に示す。
【0026】
【表4】
【0027】
アルミフレークを添加したサンプル14ではインパルス性能が改良されており、目的とする性能を満足した。また、試験後に端末部を解体し、誘電緩和テープについて観察したところ、テープに自己融着性があることが確認された。
【0028】
【発明の効果】
本発明の誘電緩和テープによれば、ハロゲン等の環境負荷物質を含んでいないため、廃棄に伴う環境問題を起こすことがなく、かつ高圧電力ケーブル用の電界緩和テープとして十分な特性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高圧電力ケーブルの電界緩和末端部を示す図である。
【符号の説明】
1…高圧電力ケーブル
2…外部半導体層
3…絶縁層
4…ケーブル導体
5…電界緩和テープ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tape used for electric field relaxation at a connection part or a terminal part of a high-voltage power cable.
[0002]
[Prior art]
In the connection portion and the end portion of the high-voltage power cable, when exposed to a high electric field, electrical stress may concentrate, leading to dielectric breakdown. In order to relieve the electrical stress in the high-voltage power cable, it is known to use an electric field relaxation tape. FIG. 1 shows an example of the structure of an end portion of a high-voltage power cable where electric stress is concentrated. Reference numeral 1 denotes a high-voltage power cable. The
[0003]
An electric field relaxation tape (2220 tape manufactured by 3M) currently on the market is a two-layered tape using a vinyl chloride resin in which aluminum flakes are blended in the backing and an acrylonitrile rubber mastic on the adhesive surface. However, since this tape uses vinyl chloride resin for the backing, it contains chlorine, and when it is discarded and burned, there is a problem that harmful gases may be generated or it may become a source of so-called dioxins. The standard as a product cannot be satisfied. Moreover, since the adhesive surface is putty-like, there is a problem that release paper is required on the separator and the side surface of the tape.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention eliminates the putty layer without using environmentally hazardous substances such as halogen and lead, and exhibits self-bonding properties, thus eliminating the need for a separator and reducing waste. An object of the present invention is to provide an electric field relaxation tape that is gentle to the environment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention, there is provided a mixture of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber, the nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber. And / or a mixture in which the mass ratio of ethylene acrylic rubber is 95/5 to 5/95 and a composition obtained by blending 5 to 20 wt% of carbon black based on the total mass of the composition. An electric field relaxation tape having a thickness of 10 to 50 is formed.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The electric field relaxation tape of the present invention is mainly composed of a mixture of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber. Nitrile rubber is a copolymer of acrylonitrile and butadiene, and hydrogenated nitrile rubber is hydrogenated nitrile rubber. Since nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber have CN groups that are polar groups, they exhibit oil resistance and high dielectric constant, and the greater the amount of bound acrylonitrile in nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber, the more oil resistance and The dielectric constant increases, while the cold resistance decreases. Therefore, the amount of bound acrylonitrile in the nitrile rubber and hydrogenated nitrile rubber to be used is preferably 17 to 50%.
[0007]
As the nitrile rubber, commercially available products such as Nipol (trade name, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), Pervenin NT (trade name, manufactured by Bayer), Europrene N (trade name, manufactured by Eniquem) can be used. As the hydrogenated nitrile rubber, commercially available products such as Zettopol (trade name, manufactured by ZEON Corporation) and Telvan (trade name, manufactured by Bayer Corporation) can be used. For example, as Zetpol, ultra high nitrile type (Zetpol 0020, bound acrylonitrile amount 49.2%), high nitrile type (Zetpol 1000L, 1010, 1020, 1410, 1420, bound acrylonitrile amount 44.2%, 44.2%, 44.2%, 43.2 %, 43.2%), medium-high nitrile type (Zetpol 2000, 2000L, 2000LL, 2010, 2010L, 2010H, 2011, 2020, 2020L, 2030L, all bound acrylonitrile amount 36.2%), cold resistant type (Zetpol 3110, 3120, 4110, 4120, 3310, 4310, bound acrylonitrile amount 24.6%, 24.6%, 16.7%, 16.7%, 23.6%, 18.6%) and the like can be used.
[0008]
By hydrogenating nitrile rubber, heat resistance and ozone resistance of nitrile rubber are improved several times, and tensile strength and cold resistance are also improved. Therefore, it is preferable to use hydrogenated nitrile rubber in the present invention.
[0009]
As acrylic rubber, Nipol AR (trade name made by Nippon Zeon), Noxtite (trade name made by NOK), AREX (trade name made by JSR), RV2500 (trade name made by Nissin Chemical Co., Ltd.), etc. Can be used. As the ethylene acrylic rubber, commercially available products such as Baymac (product name manufactured by Mitsui / DuPont Polychemical Co., Ltd.), Espron AR (product name manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) and the like can be used.
[0010]
The ratio of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber to acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber in the mixture of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber is 95/5 by mass ratio. ~ 5/95, preferably 70/30. If the amount of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber is more than 95 wt%, the composition becomes harder. On the other hand, if the amount is less than 5 wt%, the composition is too soft. Wrapping properties when used as a tape are impaired.
[0011]
Carbon black added to the mixture of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber is used as reinforcing carbon black in addition to conductive carbon black such as acetylene black. Furnace black, thermal black, etc. can be used. These may be used as a mixture of two or more. The blending amount of the carbon black is 5 to 25 wt% based on the total mass of the composition. Nitrile rubber and the like originally have a certain dielectric constant, but this dielectric constant can be further increased by adding carbon black to a mixture of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber. The carbon black also acts as a physical property reinforcing agent, reinforces physical properties such as elongation and tensile strength, and can improve workability and strength as a tape. Therefore, if the blending amount of carbon black is less than 5%, these effects are hardly exhibited, and if it exceeds 25%, conductivity is generated, which is not preferable. The particle size of the carbon black is not particularly limited, but considering the miscibility with other components, the average particle size is preferably 25 to 100 μm.
[0012]
In addition to carbon black, platelet-shaped conductive particles are preferably added to a mixture of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber and acrylic rubber and / or ethylene acrylic rubber. The platelet-like conductive particles are fine enough to be easily and uniformly dispersed in the composition, and further, without causing gas generation when rubber is vulcanized, further improve the physical properties of the obtained tape. It is not damaged, preferably a metal flake, more preferably aluminum flake or copper flake. By adding these plate-like conductive particles, the resistance (impulse resistance) of the resulting tape to electric shock can be increased. The amount of the platelet-like conductive particles is preferably 1.0 to 3.5 wt%. The average particle size of the platelet-like conductive particles is preferably 25 to 30 μm.
[0013]
In addition to the above components, processing aids, plasticizers, flame retardants, antioxidants, colorants, inorganic fillers and the like may be further added.
[0014]
In the production of the electric field relaxation tape of the present invention, the composition obtained by mixing the above components is formed into a tape having a thickness of 0.6 to 1.2 mm by a normal molding method such as calendar roll or extrusion. And wound into a roll.
[0015]
The electric field relaxation tape of the present invention obtained as described above has good mechanical properties, heat resistance and self-bonding property, and further has a dielectric constant in the thickness direction of 10 to 50. This dielectric constant is a value measured according to JIS K 6911. By providing such a high dielectric constant, the
[0016]
【Example】
In the composition shown in Table 1 below, a mixture of hydrogenated nitrile rubber (Zetpol 2000L, manufactured by Nippon Zeon) and ethylene acrylic rubber (Baymac DLC, manufactured by Mitsui DuPont) or nitrile rubber (Nipol DN206, manufactured by Nippon Zeon) and acrylic A mixture of rubber (Nipol AR31, made by Nippon Zeon), processing aid (Armin 18D, made by Lion), plasticizer (Adekasizer RS700, made by Adeka), inorganic filler (talc), flame retardant (Hijilite H42M, Showa) Denko) and carbon black (Seast 300, Tokai Carbon) were added, and the resulting composition was calendered to obtain a tape having a thickness of 1.0 mm and a width of 20 mm (Samples 1 to 7). For these samples, the dielectric constant in the thickness direction was measured according to JIS K 6911, and the change in hardness after being allowed to stand at −3 ° C. for 24 hours as a low temperature property was observed. Furthermore, the roll processability of this tape and the ease of winding on an adherend were evaluated. These results are shown in Table 1.
[0017]
[Table 1]
[0018]
From the results shown in Table 1, the dielectric constant of each sample was at a level that can be used as a dielectric relaxation tape, but the tape of nitrile rubber or hydrogenated nitrile rubber alone or acrylic rubber or ethylene acrylic rubber alone (
[0019]
Next, in order to investigate the relationship between the dielectric constant of the obtained tape and the blending amount of carbon black, as shown in Table 2, the blending amount of carbon black was changed, and a tape was manufactured using the same material and method as described above ( Samples 8-11).
[0020]
[Table 2]
[0021]
From the results shown in Table 2, the dielectric constant of the resulting tape can be adjusted to 10 to 50 by increasing or decreasing the blending amount of carbon black.
[0022]
In order to investigate the effect of the difference in the amount of bound acrylonitrile in the hydrogenated nitrile rubber on the dielectric constant (samples 12 and 13) and to investigate the effect of the addition of aluminum flakes (sample 14), the compositions shown in Table 3 below were used. A tape was manufactured in the same manner as described above, and the dielectric constant was measured. The results are shown in Table 3.
[0023]
[Table 3]
[0024]
From the results shown in Table 3, it was found that the dielectric constant of the tape increased as the amount of bound acrylonitrile increased.
[0025]
Samples 12, 13, and 14 were wound around the actual cable (6.6 kV CVT EE cable 38 mm 2 ) by one-half wrapping as shown in FIG. The electrical performance was confirmed by a method compliant with the standard. The results are shown in Table 4.
[0026]
[Table 4]
[0027]
In the sample 14 to which aluminum flake was added, the impulse performance was improved and the target performance was satisfied. Moreover, when the terminal part was disassembled after the test and the dielectric relaxation tape was observed, it was confirmed that the tape had self-bonding property.
[0028]
【The invention's effect】
According to the dielectric relaxation tape of the present invention, since it does not contain environmentally hazardous substances such as halogens, it does not cause environmental problems associated with disposal, and exhibits sufficient characteristics as an electric field relaxation tape for high-voltage power cables. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electric field relaxation end portion of a high-voltage power cable.
[Explanation of symbols]
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